i

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE CIENCIA E INGENIERÍA EN ALIMENTOS

CARRERA DE INGENIERÍA EN ALIMENTOS

Tema: Estudio de las condiciones óptimas de almacenamiento de papilla para niños de 6 a

36 meses a base de harina de papa nativa (Solanum tuberosum ssp.), variedades Yema de

Huevo y Santa Rosa con sabor a mora (Rubus glaucus) y taxo (Passiflora tripartita).

Trabajo de Titulación parte del Proyecto de investigación ¨Papilla para niños de 6 a 36 meses

a base de harina de papa nativa (Solanum tuberosum ssp.), variedades Yema de Huevo y

Santa Rosa con sabor a mora (Rubus glaucus) y taxo (Passiflora tripartita)¨, financiado por

la Dirección de Investigación y Desarrollo de la Universidad Técnica de Ambato según

resolución 1149-CU-P-2012, coordinado por Mg. Dolores Robalino.

Autora: Alejandra Rosario Agama Naranjo

Tutora: Ing. Mg. Dolores del Rocío Robalino Martínez

Ambato - Ecuador

Enero 2018

ii

APROBACIÓN DE LA TUTORA

Ing. Mg. Dolores del Rocío Robalino Martínez

CERTIFICA:

Que el presente trabajo de titulación ha sido prolijamente revisado. Por lo tanto autorizo la

presentación de este Trabajo modalidad Proyecto de Investigación, el mismo que cumple con

las normas establecidas en el reglamento de Títulos y Grados de la Facultad.

Ambato, 20 de noviembre del 2017.

iii

DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD

Yo, Alejandra Rosario Agama Naranjo, manifiesto que los resultados obtenidos en el

presente Proyecto de Investigación, previo a la obtención del título de Ingeniera en Alimentos

son absolutamente originales, auténticos y personales, a excepción de las citas bibliográficas.

iv

APROBACIÓN DE LOS MIEMBROS DEL TRIBUNAL DE GRADO

Los suscritos profesores Calificadores, aprueban el presente Trabajo de Titulación,

modalidad Proyecto de Investigación, el mismo que ha sido elaborado de conformidad con

las disposiciones emitidas por la Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos de la

Universidad Técnica de Ambato.

Para constancia firman:

Ambato, 13 de diciembre del 2017

v

DERECHOS DE AUTOR

Autorizo a la Universidad Técnica de Ambato, para que haga de este Proyecto de

Investigación o parte de él, un documento disponible para su lectura, consulta y procesos de

investigación, según las normas de la Institución.

Cedo los Derechos en línea patrimoniales de mi Proyecto, con fines de difusión pública,

además apruebo su reproducción parcial o total dentro de las regulaciones de la Universidad,

siempre y cuando esta reproducción no suponga una ganancia económica y se realice

respetando mis derechos de autor.

vi

AGRADECIMIENTO

A veces las palabras son escazas para expresar gratitud a todo cuanto contribuye a la

realización de una meta.

Deseo plasmar en estas líneas primeramente gratitud a mi Padre Celestial por darme la vida

y por su guía en todas las decisiones de mi vida, por moldear mi vida como un alfarero moldea

la arcilla.

A mis padres por su sacrificio, abnegación y cariño, por todo este tiempo de paciencia y

confianza, por entregar todo a cambio de nada.

A mi esposo por su ayuda, amor y apoyo desde el mismo momento en que nos conocimos,

por ser mi compañero de vida, el padre perfecto para mis hijos y por el cariño que hace de

mi mundo el lugar perfecto para vivir.

Mi eterno agradecimiento a la Universidad Técnica de Ambato y a la Facultad de Ciencia e

Ingeniería en Alimentos por el conocimiento impartido, por ser la cuna del saber en mis años

de estudio.

A los docentes de la Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos, especialmente al Ing.

Juan de Dios Alvarado y a la Ing. María Rodríguez por ser el ejemplo perfecto de maestros,

de profesionales y sobre todo por ser un ejemplo de vida para mí.

Expreso mi eterno agradecimiento a la Ing. Dolores Robalino por ser un apoyo constante

como tutora, por su amabilidad y confianza, por su ayuda incondicional, por ser una de las

mejores maestras que he tenido a lo largo de mi vida escolar.

Un conocido proverbio chino dice: cuando bebas, recuerda la fuente y tu Lilita eres la fuente

de la realización de esta meta, gracias, mil gracias amiga por tu ayuda, no puedo expresar

con palabras la gratitud que siento, sin embargo, creo firmemente que todo lo que se da se

recibe, por eso te deseo lo mejor y espero que en los libros de la ciencia se escriba tu nombre.

Finalmente a todas las personas que de cualquier forma contribuyeron en el cumplimiento de

este sueño.

vii

DEDICATORIA

Alcanzar una meta es hermoso, más aún cuando la vida te regala la oportunidad de vivir con

personas que se convierten en la razón de la vida misma.

A mis padres, a mi esposo y a mis hijos.

A ti Danielita por ser la luz de mis ojos, mi niña adorada.

A ti Benjamín, el dueño de mi corazón.

Que este trabajo se constituya en un legado de sacrificio, constancia y compromiso, por

ustedes mis amores. Recuerden que nuestra labor en esta vida no es el ir por delante de los

demás, sino el ir por delante de nosotros mismos. El batir nuestro propio récord, el vivir más

rectamente de lo que vivimos en el pasado, el soportar nuestras pruebas de forma más

hermosa de lo que jamás soñamos, el dar como nunca antes hemos dado, el hacer nuestro

trabajo con más ahínco y con mejores resultados que nunca, ése es el verdadero objetivo

(Thomas. S. Monson).

viii

ÍNDICE GENERAL DE CONTENIDOS

PAGINAS PRELIMINARES

PORTADA ………………………………………………………………………….. i

APROBACIÓN DEL TUTOR ……………………………………………………... ii

DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD ………………………………………….. iii

APROBACIÓN DE LOS MIEMBROS DEL TRIBUNAL DE GRADO.…………. iv

DERECHOS DE AUTOR.………………………………………………………….. v

AGRADECIMIENTO.……………………………………………………………… vi

DEDICATORIA.……………………………………………………………………. vii

ÍNDICE GENERAL DE CONTENIDOS ………………………………………….. viii

ÍNDICE DE FIGURAS …………………………………………………………….. xi

ÍNDICE DE TABLAS.……………………………………………………………… xii

ÍNDICE DE ECUACIONES.………………………………………………………. xiii

ÍNDICE DE ANEXOS.……………………………………………………………... xiv

RESUMEN.…………………………………………………………………………. xv

ABSTRACT.………………………………………………………………………… xvii

INTRODUCCIÓN.………………………………………………………………….. xviii

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

1.1.Tema.…………………………………………………………………………… 1

1.2.Justificación……………………………..………...……………………………. 1

1.3.Objetivos.……………………..……………………………………………….. 3

1.3.1 Objetivo general.………………………………………………………… 3

1.3.2 Objetivos específicos.……………………………………………………. 3

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes investigativos……….……………………………………………. 4

2.2. Hipótesis………………………………………………………………………... 6

2.2.1. Hipótesis nula (Ho)…………………………………………………………… 6

ix

2.2.2. Hipótesis alternativa (Ha)……………………………………………………... 6

2.3. Señalamiento de variables de la hipótesis………………………………………. 7

2.3.1. Variables independientes.…………………………………………………….. 7

2.3.2. Variables dependientes.………………………………………………………. 7

CAPÍTULO III

MATERIAL Y MÉTODOS

3.1. Formulación……………………………………………………………………. 8

3.2. Proceso de elaboración………………………………………………………… 8

3.3. Tamaño de la muestra ………………………………………………………….. 9

3.4. Granulometría…………………………………………………………………. 9

3.5. Contenido de humedad ……………………………………………………….. 10

3.6. Actividad de agua ……………………………………………………………… 10

3.7. Obtención de isotermas de adsorción.…………………………………………. 11

3.8. Cálculo de la humedad de equilibrio …………………………………………. 11

3.9. Modelado de las isotermas de adsorción ……………………………………... 12

3.10. Diseño del tiempo de vida útil teórico............................................................. 13

3.11. Diseño experimental.………………………………………………………...... 15

3.11.1. Factores o niveles en estudio para la determinación de las condiciones de

almacenamiento de la papilla.……………………………………………….

14

3.11.2. Tratamientos………………………………………………………………… 14

3.11.3. Muestras.…………………………………………………………………… 14

3.12. Análisis estadístico……………………………………………………………. 15

CAPÍTULO IV

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1. Tamaño de la muestra …………………………………………………………. 16

4.2. Granulometría.…………………………………………………………………. 16

4.3. Contenido de humedad y actividad de agua ………………………………….. 17

4.4. Humedad en equilibrio.………………………………………………………… 19

4.5. Isotermas de adsorción.…………………………………………………………. 19

4.6. Modelado de las isotermas de adsorción ………………………………………. 24

4.7. Parámetros de BET y GAB.…………………………………………………….. 27

x

4.8. Humedad óptima de almacenamiento y contenido crítico de humedad …........... 29

4.8.1. Tiempo de vida útil ........................................................................................... 30

4.9. Verificación de la Hipótesis ................................................................................. 31

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Conclusiones.…………………………………………………………………… 32

5.2. Recomendaciones.……………………………………………………………… 33

MATERIALES DE REFERENCIA

Referencias Bibliográficas.…………………………………………………………. 34

ANEXOS…………………………………………………………………………… 41

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Técnica de cuarteo de laboratorio para análisis granulométrico de

alimentos en polvo………………………………………………..…………..

10

Figura 2. Isoterma de adsorción experimental de la formulación SRM…...………. 20

Figura 3. Isoterma de adsorción experimental de la formulación SRT.…………….. 21

Figura 4. Isoterma de adsorción experimental de la formulación YHM.……..……. 21

Figura 5. Isoterma de adsorción experimental de la formulación YHT.……………. 22

Figura 6. Comparación de las isotermas obtenidas experimentalmente de las cuatro

formulaciones de papilla estudiada………………………………………..….

24

Figura 7. Modelado de las isotermas de adsorción de SRM con los modelos de

B.E.T., G.A.B. y experimental……………………………………………….

25

Figura 8. Modelado de las isotermas de sorción de SRT con los modelos de B.E.T.,

G.A.B. y experimental……………………........…………………….……….

26

Figura 9. Modelado de las isotermas de sorción de YHM con los modelos de B.E.T.,

G.A.B. y experimental…………………………………………….….

26

Figura 10. Modelado de las isotermas de sorción de YHT con los modelos de B.E.T.,

G.A.B. y experimental………………………………………….…….

26

Figura 11. Determinación del contenido de humedad límite en función de la aw

segura…………………………………………………………………………

30

xii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Composición química, mineral y vitamina C de dos variedades de papa

nativa………………………………………………………………………….

5

Tabla 2. Formulación para la elaboración de papilla para niños de 6 a 36 meses… 8

Tabla 3. Dosificación de vitaminas para 100 g de producto seco.………………….. 8

Tabla 4. Abertura de malla y tamaño promedio de los tamices utilizados en la

caracterización granulométrica de las papillas……………………………….

10

Tabla 5. Sales utilizadas como factor higroscópico…………………………………. 11

Tabla 6. Ecuaciones a utilizar para el modelado de las isotermas de adsorción……. 12

Tabla 7. Valores constantes usados para la estimación de la vida útil………………. 13

Tabla 8. Factores de estudio………………………………………………………… 14

Tabla 9. Tratamientos de estudio…………………………………………………… 14

Tabla 10. Correlación de las muestras para la formulación de papillas……………… 14

Tabla 11. Porcentaje de muestra retenida en los tamices utilizados en el análisis

granulométrico de las papillas………………………………………………..

17

Tabla 12. Fracción en peso de muestra retenida en los tamices utilizados en el

análisis granulométrico de las papillas……………………………………….

17

Tabla 13. Porcentaje de Humedad y actividad de agua de las muestras de papilla

utilizadas para el estudio de isotermas………………………………………

18

Tabla 14. Fracción en peso de la humedad en equilibrio de las muestras de papilla

en las cámaras de estudio…………………………………………………….

19

Tabla 15. Constantes obtenidas por el modelo de BET y GAB para las cuatro

formulaciones de papilla a base de papa nativa y fruta………………………

28

Tabla 16. Parámetros obtenidos de las isotermas de sorción experimentales para la

estimación de la vida útil de papilla de bebe usando la ecuación de Heiss &

Eichner ……………………………………………………………………….

30

Tabla 17. Estimación del tiempo de vida útil de papilla de bebe a diferente contenido

de humedad inicial……………………………………………………………

31

xiii

ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1. Tamaño de la muestra ………………………………………………… 9

Ecuación 2. Humedad de equilibrio………………………………………………… 11

Ecuación 3. Brunauer, Emmett y Teller (BET)…………………………………….. 12

Ecuación 4. Brunauer, Emmett y Teller (BET) linealizada ............……………….. 12

Ecuación 5. Van den Berg & Bruin (GAB)………………………………………… 12

Ecuación 6. Van den Berg & Bruin (GAB) linealizada …………………………… 12

Ecuación 7. Error medio relativo…………………………………………………… 12

Ecuación 8. Modelo de Heiss & Eichner …………………………………………... 13

xiv

ÍNDICE DE ANEXOS

A. FOTOGRAFÍAS DE LA INVESTIGACIÓN

Figura A1. Esquema del proceso a nivel industrial.................................................... 43

Figura A2. Esquema del molino de martillo............................................................... 44

Figura A3. Secado de papilla de taxo en el secador de tambor semi-industrial......... 44

Figura A4. Equipo AQUALAB usado para la determinación de aw.…...................... 45

Figura A5. Cámara hermética para cada ambiente de almacenamiento.................… 45

Figura A6. Papilla deshidratada en polvo en la cámara con aw determinada……….. 46

Figura A7. Cámara herméticamente cerrada en tiempo 0.…..................................... 46

Figura A8. Pesaje de las muestras en una balanza analítica....................................... 46

xv

RESUMEN

La influencia de las condiciones adversas del medio ambiente son múltiples y en el caso de

papillas para bebes debe ser minimizada al máximo. En el presente trabajo se correlacionó la

actividad de agua y el contenido de humedad a temperatura constante de 20 °C ± 1, utilizando

el método gravimétrico de soluciones saturadas de sal para obtener isotermas de adsorción

de cuatro formulaciones de papilla en las que se varió la variedad de papa (Solanum

tuberosum ssp.) Santa Rosa y Yema de Huevo y pulpa de mora (Rubus glaucus) y taxo

(Passiflora tripartita). Los datos experimentales se modelaron utilizando las ecuaciones de

BET y GAB obteniendo isotermas de forma sigmoidea tipo II. Los valores de humedad de

monocapa (wo) encontrados están en el rango de 0,042 a 0,048 gagua/gm.s., la constante

relacionada con el calor de sorción en la monocapa (C) está en el rango de 15,041 a 34,249,

el calor de sorción de las multicapas (K) se encuentra en el rango 0,93 a 1,02. Los valores

críticos de humedad de almacenamiento fueron de 0,13 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) para las

formulaciones SRM y YHM, 0,14 para YHT y de 0,15 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) para SRT,

mientras que la humedad óptima de almacenamiento está en el rango de 0,040 a 0,042

(𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) que corresponde a aw de 0,2 para las cuatro formulaciones. El tiempo

de vida útil teórico a condiciones determinadas fue superior a 365 días para todos los

tratamientos. Además, se determinó la humedad de la muestra, humedad en equilibrio,

actividad de agua y granulometría.

Palabras clave: conservación de alimentos, alimentación infantil, papillas, papas nativas

ecuatorianas, isotermas de adsorción.

xvi

ABSTRACT

The influence of adverse environmental conditions are multiple and in the case of baby foods

which are dehydrated composite foods should be minimized to the maximum. In the present

work, water activity and moisture content at a constant temperature of 20 ° C ± 1 were

correlated using the gravimetric method of saturated salt solutions to obtain an adsorption

isotherm for the four formulations in which the variety of potato (Solanum tuberosum ssp.)

Santa Rosa and Yema de Huevo and Andes berry pulp (Rubus glaucus) and softleaf

(Passiflora tripartite) were varied. The experimental data were modeled using the BET and

GAB equations obtaining sigmoid isotherms, type II for all treatments. The moisture values

in the monolayer (wo) are in the range of 0,042 to 0,048 g water / g ms. The value of the heat-

related constant of sorption in the monolayer (C) is in the range of 15,041 to 34,249. The

value of the heat-related constant of the multi-layer sorption (K) is in the range of 0,93 to

1,02. The critical storage moisture values were 0,13 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑑𝑟𝑦 𝑚𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟) for the SRM and

YHM formulations, 0,14 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑑𝑟𝑦 𝑚𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟) for YHT and 0,15 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑑𝑟𝑦 𝑚𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟)SRT at a

temperature of 20 ° C ± 1, while the optimum storage humidity is in the range of 0.040 to

0.042 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑑𝑟𝑦 𝑚𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟) corresponding to aw of 0,2 for the four formulations. The

theoretical shelf life at determined conditions was higher than 365 days for all treatments,

being superior for SRT and YHT formulations In addition, sample moisture, equilibrium

moisture, water activity and granulometry were determined.

Keywords: food preservation, infant feeding, porridge, native potatoes Ecuadorian ,

adsorption isotherms.

xvii

INTRODUCCIÓN

La nutrición juega un rol fundamental en el desarrollo del ser humano desde el momento

mismo de la concepción. Los estudios realizados en el ciclo de vida confirman que existen

déficits o excesos de nutrientes que influyen negativamente en el desarrollo óptimo del ser

(Martorell et al., 1994; Owen, 2006). Las malas prácticas tanto en la lactancia materna

como en la alimentación complementaria son uno de los problemas que afecta a la población

(Ministerio de Salud Pública del Ecuador, 2013).

Combatir la desnutrición infantil es una de las principales acciones del Gobierno Nacional,

especialmente aquella desnutrición que afecta a niños y niñas menores de 5 años (Ministerio

de Educación de Ecuador, 2013). La Organización Mundial de la Salud (2003),

recomienda la introducción de la alimentación complementaria a partir de los 6 meses con la

finalidad de asegurar que el niño reciba una alimentación adecuada y garantizar el beneficio

máximo a nivel nutricional y de salud en la infancia (Howie, 1990; Lázaro, 2001; Owen,

2005). Esta fase es de gran vulnerabilidad porque los niños se encuentran en un mayor riesgo

de desnutrición e infección cuando los alimentos complementarios ofrecidos son de baja

calidad nutricional y son administrados antes o después de lo recomendado, en cantidades

muy pequeñas o poco frecuentes (OMS, 2017). Es por esta razón que se hace necesario

proponer una adecuada introducción y aporte de alimentos complementarios junto con la

leche materna, que contribuya a formar un patrón de alimentación saludable en los niños

menores de 3 años.

Según los gustos y preferencias de la población infantil las papillas constituyen un alimento

ideal para niños de corta edad (Álvarez, Sern & Villada, 2012). La papilla deshidratada es

un alimento de reconstitución instantánea cuya digestibilidad es más elevada que el alimento

crudo (Alvarado, 2004); sin embargo, el desarrollo de la formulación es crítica porque el

alimento para infantes debe suplir la cantidad de energía que necesita el niño de corta edad,

en este sentido la papa nativa, los cereales precocidos y la pulpa de fruta ofrecen una

alternativa interesante en nutrientes (Monteros, Yumisaca, Andrade-Piedra & Reinoso,

2010; INIAP, 2014).

xviii

La disminución de la humedad de los alimentos es uno de los métodos más antiguos

utilizados para su conservación, al reducir el contenido de agua hasta un nivel muy bajo se

elimina la posibilidad de su deterioro biológico y se reducen apreciablemente las velocidades

de los mecanismos de deterioro; además del efecto conservante, mediante la deshidratación

se reducen el peso y el volumen del alimento, aumentando la eficacia de los procesos de

transporte y almacenaje (Heldman & Sing, 1998). Una vez deshidratado el alimento, su

buena conservación pasa por un almacenamiento al abrigo de la humedad, del oxígeno del

aire y de la luz, que afecta a los pigmentos y cataliza las reacciones (Casp & Abril, 2003;

Peng, Chen, Wu & Jiang, 2007; Szulc & Lenart, 2012).

En la estabilidad de los alimentos la actividad de agua y el contenido de humedad son

parámetros importantes, ya que al estar expuestos a la humedad relativa del medio puede

ganar o perder humedad hasta llegar al equilibrio, este movimiento de agua es identificado

con el término de sorción, y si el proceso es conducido a temperatura constante se establece

la isoterma de sorción de humedad (Bell &Labuza, 2000; Ronkart et al., 2006) y

gráficamente corresponden a la humedad en equilibrio en función de la actividad de agua a

una temperatura determinada.

El conocimiento de los datos de sorción es importante por muchos aspectos relacionados con

la tecnología de alimentos, como predicción de la estabilidad microbiológica, enzimática y

química (Chun et al., 2015), selección de los materiales de empaque (Ikhu – Omoregbe &

Chen, 2005; Zhang et al., 1996), diseño de procesos de secado y concentración (Soteras et

al., 2013), así como la elección de las condiciones adecuadas de almacenamiento (Chuzel &

Zakhia, 1991; Szulc & Lenart, 2012).

Las isotermas de sorción de agua son herramientas termodinámicas importantes para predecir

las interacciones entre el agua y los componentes de los alimentos (Badui, 2013; Labuza,

1984; Myara, Taylor & AL-Bulushi, 1996), y es específica para cada alimento (Mossel,

Moreno & Struijk, 2003). En el campo de la ingeniería en alimentos diferentes modelos han

sido usados para describir la sorción de agua (Furmaniak et al., 2009), estos modelos son

necesarios para predecir el contenido de humedad a una actividad de agua dada y para evaluar

las funciones termodinámicas del agua en los alimentos. Los modelos más comunes son los

de BET y GAB (AQUALAB, 2012), estos modelos describen la forma en que el agua está

xix

asociada en la matriz del alimento, por diferentes mecanismos en diferentes regiones de

actividad de agua (Labuza, 1975)

El modelo de BET (Brunauer, Emmett y Teller) constituye el modelo básico de la fisisorción

(Martinez et al., 2011), mientras que el modelo de GAB (de Guggenheim – Anderson-

DeBoer) es uno de los más utilizados para el ajuste de datos de actividad de agua. Es un

modelo cinético que se basa en el estudio de una multicapa y de una película condensada

(Heldman & Sing, 1998; Peng et al., 2007), este modelo es considerado el más versátil

dentro de la literatura y fue adoptado por el grupo European Food Researches COST 90

(Bizot, 1983).

En tal sentido el estudio de las isotermas de sorción proporciona información importante

sobre la humedad de equilibrio de las papillas de bebé y los diferentes aspectos relacionados

con las isotermas de sorción de humedad que favorecen la estabilidad del producto, así como

su comportamiento en condiciones de almacenamiento.

1

1

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

1. 1. Tema

Estudio de las condiciones óptimas de almacenamiento de papilla para niños de 6 a 36 meses

a base de harina de papa nativa (Solanum tuberosum ssp.), variedades Yema de huevo y Santa

rosa con sabor a mora (Rubus glaucus) y taxo (Passiflora tripartita).

1.2. Justificación

Desde que se creó la vida en el planeta hasta la actualidad, la adecuada alimentación de los

niños de corta edad ha sido un tema principal y de mucho interés tanto para las familias como

para los científicos y los gobernantes, por razones nutricionales y energéticas básicamente.

De aquí que, en países donde hay pobreza es indispensable que existan programas de

alimentación para evitar deficiencias nutricionales en la población (Álvarez, Serna &

Villada, 2012; Vargas & Salas, 2012).

La alimentación es uno de los principales determinantes del estado de salud del ser humano.

Es fundamental una alimentación adecuada a lo largo de toda la vida, pero durante la infancia

adquiere particular importancia, pues las carencias y los desequilibrios nutricionales en esta

etapa pueden tener consecuencias negativas no solo sobre la salud del propio niño, sino que

pueden condicionar su salud cuando sea adulto (Dalmau et al., 2015; Rossin-Slater, 2015;

Smithers et al., 2012).

Según la OMS (2003) más de la mitad de las muertes de niños es causada por malnutrición,

enfermedad provocada por la depleción de nutrientes, misma que se asocia con el incremento

de la morbi-mortalidad. La desnutrición en Ecuador es mayor en los dos primeros años de

vida (Chavez, 2007). Entre las principales causas de la malnutrición están: la dificultad de

acceder a alimentos fuentes de micronutrientes por su alto costo, y el nivel de escolaridad por

parte de los adultos encargados del cuidado de este grupo poblacional (Álvarez, Serna,

Villada & López, 2012; OMS, 2015). Por lo tanto entidades gubernamentales e industrias

de alimentos han diseñado estrategias para combatir dicho problema.

2

2

Las papillas para bebé tienen un lugar especial entre los productos alimenticios,

principalmente debido al contenido nutricional y los métodos de preparación (Nasirpour,

Scher & Desobry, 2006). Sin embargo, el suplemento debe cumplir con una serie de

propiedades fisicoquímicas que permitan la facilidad de su uso, su estabilidad y durabilidad

por un periodo suficiente desde que se produce hasta que se consume (Rosado et al., 1999).

Muchos parámetros afectan la calidad nutricional y las propiedades físico químicas de los

alimentos infantiles; sin embargo, la humedad relativa, la temperatura de almacenamiento y

el oxígeno son los parámetros más importantes (Nasirpour et al., 2006). Un contenido

relativamente bajo de agua y la higroscopicidad son importantes características de los

alimentos en polvo, ya que los productos con estructura porosa, productos muy fragmentados,

y todas las sustancias secas son higroscópicos en entornos de humedad relativa baja y media,

lo que causa rigidez y apelmazamiento del producto. Aparte de su influencia en las

propiedades físicas, el contenido de agua de los alimentos en polvo desempeña un papel

importante en el mantenimiento de la estabilidad de estos productos. Las consecuencias

directas de los cambios en el contenido de humedad incluyen problemas en la compra y venta,

así como dificultades en transporte, embalaje y almacenamiento, por lo que es un factor de

importancia económica (Nasirpour et al., 2006; Szulc & Lenart, 2012; Trejo, 2010;

Troygot, Saguy, & Wallach, 2011).

La sensibilidad a la humedad de los productos alimenticios secos, así como su

higroscopicidad se puede determinar por medio de la cinética de sorción (Szulc & Lenart,

2012). Cada producto alimenticio se caracteriza por su contenido crítico de humedad. Si el

contenido de humedad disminuye por debajo de este valor, hay una pérdida de masa de

producto, endurecimiento y un aumento en la susceptibilidad del producto a la oxidación, por

encima de este valor límite puede ocurrir cambios en las propiedades físicas, químicas y

microbiológicas, lo que a su vez tendrá una influencia directa en la calidad y seguridad de

los productos (Kim, Song & Yam, 1991; Yazdanpanah & Langrish, 2011).

Bajo este contexto es necesario estudiar las condiciones óptimas de almacenamiento

mediante la comprensión de las isotermas de sorción de la papilla para garantizar su

estabilidad desde la producción hasta su consumo.

3

3

1.3. Objetivos

1.3.1 Objetivo general

Determinar las condiciones óptimas de almacenamiento de papilla para niños de 6 a

36 meses a base de harina de papa nativa (Solanum tuberosum ssp.), variedades Yema

de huevo y Santa rosa con sabor a mora (Rubus glaucus) y taxo (Passiflora tripartita).

1.3.2 Objetivos específicos

Caracterizar granulométricamente la papilla en polvo que se utilizará para el estudio

de las isotermas de sorción.

Construir isotermas de adsorción de agua de papilla para niños utilizando seis

soluciones salinas saturadas como factores higroscópicos.

Correlacionar los datos experimentales con dos modelos de ecuaciones referenciales

de GAB (Guggenheim -Anderson - de Boer) y BET (Brunauer – Emmet -Teller).

Establecer la humedad óptima de almacenamiento y el contenido crítico de humedad

utilizando los parámetros obtenidos de los modelos de GAB y BET.

4

4

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes investigativos

Una papilla es un alimento con un alto contenido calórico, con macro y micronutrientes que

suele ser fuente de alimentación de niños de corta edad (6 meses – 3 años). Las papillas en

polvo instantáneas son formulaciones de mezclas, por lo que suelen considerarse polvos de

composición múltiple (Ostrowska et al., 2014), las cuales al ser diluidas en agua hervida se

rehidratan instantáneamente (Vargas, 2001). Antes de considerar los ingredientes y la

composición de este tipo de alimentos, se deben definir una serie de características

obligatorias, como: deben aportar los nutrimentos que son deficientes en la población de

consumo y las cantidades que se recomiendan para una dieta adecuada; los ingredientes

deben ser de fácil adquisición y de bajo costo; el proceso debe ser lo más sencillo y de menor

costo posible; el sabor debe ser agradable; la presentación final debe ser práctica para facilitar

su distribución y consumo y, finalmente el empaque debe permitir la conservación adecuada

del producto por un lapso razonable (Rosado et al., 1999).

Por otra parte, la formulación es un aspecto fundamental en este tipo de alimentos, por este

motivo la utilización de papas nativas (variedades Yema de huevo y Santa rosa) constituye

el eje fundamental de la formulación, debido a que son la fuente energética y otorgan al

producto características organolépticas de sabor y textura únicos por: la calidad y cantidad

de almidones que poseen, el elevado contenido de carotenoides, flavonoides y antocianinas,

el alto contenido de potasio, hierro y zinc, que las hacen únicas en el mundo (Tabla 1)

(INIAP, 2015a; INIAP, 2015b; Monteros et al., 2010; Monteros, Cuesta, Jiménez &

López, 2005). Estudios sobre la caracterización nutricional y funcional señalan que los

antioxidantes presentes en estas variedades tienen efectos altamente positivos para la salud,

pues combaten los radicales libres que ocasionan enfermedades degenerativas como cáncer,

presión alta y colesterol. En Ecuador, INIAP ha colectado alrededor de 350 cultivares de

papa nativa en todo el país (Monteros et al., 2010); sin embargo, su uso a escala industrial

es reducido, por lo que la investigación pretende crear una oportunidad de mercado para estos

cultivos, además de contribuir a la conservación de la biodiversidad (INIAP, 2015c).

5

5

Por otro lado, la incorporación de jugo de taxo (Passiflora tripartita) y mora (Rubus glaucus)

frutas propias de la zona, aporta una coloración natural intensa al producto a más del sabor y

nutrientes, ya que poseen un alto contenido de componentes bioactivos (INIAP, 2014).

Tabla 1. Composición química, mineral y vitamina C de dos variedades de papa nativa

Cultivares g. 100-1 g b.s. mg. 100-1 g b.s. mg. 100-1 g b.h.

Fibra Grasa Proteína Almidón Potasio Hierro Zinc Vitamina C

Yema de huevo 3,1 0,3 6,4 86,2 1765 4,6 1,3 15,3

Santa rosa 4,2 0,5 10,6 80,2 1930 10,7 1,3 14,8

Fuente: Quilca, 2008 citado por Monteros et al., 2010

Si bien la formulación es el eje fundamental del alimento, tiene semejante importancia las

condiciones de almacenamiento. En este aspecto, el estudio de los procesos de adsorción en

el campo de los alimentos sirve para diversos propósitos, por ejemplo: aporta información

valiosa sobre la vida de anaquel (mediante la determinación del contenido de humedad que

garantiza la estabilidad del producto), constituye una parte esencial del control del proceso

de secado (proporcionando información útil para el diseño de equipos) y para el estudio de

la cinética del proceso (Ostrowska-Ligeza et al., 2014); además, son importantes

herramientas termodinámicas para predecir las interacciones entre los componentes, ya que

describen la relación entre el contenido de humedad y la actividad de agua (aw) en el

equilibrio a temperatura y presión constante (Bell & Labuza, 2000; Labuza, 1982;

Ostrowska-Ligeza et al., 2014).

Las propiedades físicas y químicas del agua determinan en buena medida las propias

características de cada alimento. Por ejemplo, conocer la actividad acuosa es de gran utilidad

en alimentos, ya que se relaciona con aspectos como la ganancia o pérdida de humedad, el

crecimiento de microorganismos, cinética de reacciones deteriorativas de los nutrientes,

cambios en sabor, aroma y textura, funciones fisiológicas, estabilidad y conservación en

general (Alvarado & Aguilera, 2001). Por otra parte, la sorción de vapor de agua que ocurre

en la superficie de un alimento puede ser física o química, y el agua absorbida puede estar en

una o más capas. En este sentido, las isotermas de sorción permiten la interpretación de los

efectos físicos que tienen lugar en las superficies de los productos con los que las sustancias

gaseosas están en contacto (Medeiros et al., 2006)

6

6

Una revisión hecha por Brunauer et al. (1940), llevó a establecer cinco tipos de isotermas.

Los tipos II y III son los más frecuentes en alimentos no porosos. El tamaño de partícula, la

variedad, la composición, las condiciones de procesado, etc., son aspectos relacionado con

el propio material que pueden afectar las isotermas de sorción (Martínez et al., 2011).

Más de 200 ecuaciones de isotermas han sido propuestas para materiales biológicos.

Brunauer, Emmett y Teller (BET), basados en el modelo cinético de Lagmuir, desarrollaron

una ecuación útil para un gran número de alimentos con baja aw (0,05 – 0,45). Guggenheim,

Anderson y de Boer (GAB), desarrollaron un modelo semiempírico con tres parámetros para

la adsorción de materiales considerando la presencia de multicapas; este modelo se ajusta

adecuadamente en el intervalo completo de aw para muchos alimentos (Alvarado &

Aguilera, 2001; Martínez et al., 2011)

Estudios actuales demuestran la utilidad de las isotermas para predecir las condiciones

óptimas de almacenamiento. Ostrowska et al. (2014), estudiaron la influencia de las

condiciones adversas del medio en fórmulas para bebés. Szulc & Lenart (2012), analizaron

las características de sorción de alimentos para bebes en forma de polvo y aglomerados. Por

otro lado Prieto et al. (2012), aplicó el modelo de GAB para evaluar isotermas de adsorción

en tres variedades de cereales para desayuno y correlacionó con otros modelos matemáticos.

Varios autores reportan la utilidad de la obtención de isotermas y el ajuste a diferentes

modelos matemáticos de alimentos en polvo (Vega et al., 2006; Soteras et al., 2013) y

deshidratados (Acurio et al., 2013; Casa, 2013; García, Schmalko & Tanzariello, 2007).

2.2 Hipótesis

2.2.1 Hipótesis nula (Ho)

La variedad de papa y la pulpa de fruta, utilizadas en la formulación de la papilla, no influyen

en las condiciones óptimas de almacenamiento del producto.

2.2.2 Hipótesis alternativa (Ha)

La variedad de papa y la pulpa de fruta, utilizadas en la formulación de la papilla, influyen

en las condiciones óptimas de almacenamiento del producto.

7

7

2.3. Señalamiento de variables de la hipótesis

2.3.1. Variable independiente

Variedad de papa (Solanum tuberosum ssp.) Yema de huevo.

Santa rosa.

Pulpa de fruta. Mora (Rubus glaucus).

Taxo (Passiflora tripartita).

2.3.2. Variable dependiente

Granulometría.

Parámetros de BET y GAB.

Humedad en equilibrio.

Contenido de humedad límite.

8

8

CAPÍTULO III

MATERIALES Y MÉTODOS

3.1 Formulación

La formulación se planteó según las normas CODEX STAN 074 – 1981, Rev. 1 – 2006 y

CODEX STAN 073-1981 (Tabla 2 y 3).

Tabla 2. Formulación para la elaboración de papilla para niños de 6 a 36 meses

Materia prima Cantidad (g) Porcentaje (%)

Papa Santa rosa / Yema de huevo 300 38,61

Harina de arroz 100 12,87

Harina de maíz 50 6,44

Pulpa de mora/taxo 300 38,61

Stevia líquida 2 0,26

Yema de huevo 25 3,22

Total 777 100,00

Fuente: Proyecto aprobado resolución: 1149-CU-P-2012

Tabla 3. Dosificación de vitaminas para 100 g de producto seco

Compuesto Cantidad (g)

Fosfato tricálcico 0,54

Granovit VitaPlus 0,23

Piro fosfato férrico 0,28

Fuente: Proyecto aprobado resolución: 1149-CU-P-2012

3.2 Proceso de elaboración

3.2.1 Precocción

Los ingredientes de la formulación (Tabla 2) se sometieron a cocción para conseguir un

óptimo grado de pre – gelatinización (Andritz, 2015), luego se licuaron por separado

utilizando una licuadora industrial y se mezclaron agitando vigorosamente para conseguir

una mezcla homogénea.

9

9

3.2.2 Deshidratación

La mezcla se colocó en un deshidratador de tambor, este método de secado indirecto y en

continuo, permite cortos periodos de exposición al calor, evaporándose todo el líquido

durante un único giro de tambor. Como resultado, el riesgo de daños en el producto queda

prácticamente eliminado, a la vez que se mantienen las propiedades como sabor, olor, textura,

etc. (Andritz, 2015). El requisito fundamental para una buena alimentación estribó en la

obtención de un lecho de espesor y profundidad uniforme, ya que las capas demasiado finas

sufren sobrecalentamiento y las demasiado gruesas no se secan completamente.

3.2.3 Molienda

El producto sale del secador en forma de película, e inmediatamente pasó a un molino para

reducir el tamaño de partícula (Andritz, 2015), y se almacenó en frascos de 250 g.

3.3 Tamaño de la muestra

Se tomó una muestra representativa (tamaño “n”), calculada a partir de la ecuación (1), de

tres frascos del mismo lote y fecha de fabricación. Por técnica de cuarteo se tomaron las

fracciones de tamaños de muestras requeridos para los ensayos (Prieto et al., 2012).

𝑛 =[𝑍2. 𝑝. 𝑞. 𝑁]

[(𝑁 − 1)𝑒2 + 𝑍2. 𝑝. 𝑞]

(1)

Donde: n es el tamaño de la muestra a tomar (g); N es el tamaño de la población (g); p y q

son 0,5 (factores de probabilidad de muestra representativa); Z es 1,960 (valor estadístico

para un 90% de nivel de confiabilidad), y e es 0,30 (nivel de error de estimación).

3.4 Granulometría

Se utilizó el método de tamizado, por ser el más eficiente, con un set de cuatro tamices

(número de aberturas por pulgada lineal: 20, 40, 60 y 80) (Tabla 4). La muestra se colocó en

la parte superior de los tamices apilado. El sistema se sometió a agitación y se determinó el

porcentaje de muestra retenida en cada tamiz (Alvarado & Aguilera, 2001). El tamaño de

partícula se calculó como el promedio de la abertura entre dos mallas consecutivas.

10

10

Tabla 4. Abertura de malla y tamaño promedio de los tamices utilizados en la caracterización

granulométrica de las papillas.

Tamiz 20 40 60 80

Abertura de malla (𝜇m) 850 425 250 180

Tamaño promedio (𝜇m) 637,5 337,5 215 90

Fuente: Alvarado & Aguilera, (2001).

La muestra se obtuvo por técnica de cuarteo de laboratorio, para ello se vertió la muestra

sobre un trozo de plástico haciendo un cono, se aplanó la parte superior del cono, con la

ayuda de una espátula se dividió la muestra en cuatro partes separándolas bien entre sí, se

recogió las dos porciones situadas en cuadrantes opuestos (A+C; D+B) para obtener dos

fracciones de muestra inicial.

Mezclar y formar un cono

con la muestra

Alisar el cono y separarlo

en cuatro partes iguales

Seleccionar dos montones

A+C; B+D

Figura 1. Técnica de cuarteo de laboratorio para análisis granulométrico de alimentos en

polvo (Romero, 2012).

3.5. Contenido de humedad

La determinación de humedad de las muestras en tiempo cero de almacenamiento se realizó

por el método de la balanza infrarroja de acuerdo a la metodología descrita por la AOAC

(1990).

3.6. Actividad de agua

La actividad de agua de las muestras se determinó en el tiempo cero de almacenamiento,

mediante un hidrómetro eléctrico Aqualab 4 TE Dew Point Water Activity Meter, el equipo

fue calibrado previamente utilizando agua destilada.

11

11

3.7. Obtención de isotermas de adsorción

Se empleó el método gravimétrico estático propuesto por Spiess & Wolf (1987) y Wolf et

al. (1985). Recipientes con 2 g de muestra se colocaron en depósitos herméticos con humedad

relativa controlada (entre 11 y 80% mediante el uso de sales sobresaturadas – Tabla 5) a 20°C

± 3°C. Las sales actuaron como factores higroscópicos, cediendo o retirando humedad al

ambiente hasta alcanzar el estado de equilibrio másico (humedad relativa constante) (Acurio

et al., 2013; Gonzáles et al., 2014). Las muestras se pesaron periódicamente en una balanza

analítica de precisión 0,0001g (OAHUS, USA) a partir de las 24 horas hasta llegar a peso

constante (∆𝑃 = ± 0,0005 𝑔), condición que corresponde al equilibrio de la muestra (Prieto

et al., 2012; Spiess & Wolf, 1983). En las cámaras con sales con actividad de agua superior

a 0,7 se añadió unas gotas de ácido propiónico para evitar el crecimiento fúngico.

Tabla 5. Sales utilizadas como factor higroscópico.

Nomenclatura Sal (aw)

KOH Hidróxido de potasio 0,11

CH3CO2K Acetato de potasio 0,23

K2CO3 Carbonato de potasio 0,43

NaBr Bromuro de sodio 0,58

MgCl2 Cloruro de magnesio 0,69

NaCl Cloruro de sodio 0,75

(NH4)2SO4 Sulfato de amonio 0,81

Fuente: Labuza et al., 1985, citado por Alvarado & Aguilera, 2001.

Las soluciones salinas utilizadas fueron de grado reactivo y el método de preparación fue el

mismo que se adoptó en el COST 90 (Spiess & Wolf, 1987).

3.8. Cálculo de la humedad de equilibrio

La humedad de equilibrio 𝑤𝑒 = (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) se calculó por diferencia de peso

mediante la ecuación (2).

𝑤𝑒(𝑏.𝑠) =𝑃0 ∗ 𝑤𝑜 + ∆𝑃

𝑃0 ∗ (1 − 𝑤𝑜) (2)

Donde: We es humedad en equilibrio (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎), P0 es peso inicial de la muestra,

w0 es humedad inicial de la muestra y ∆𝑷 es la variación de peso (equilibrio y peso inicial).

12

12

3.9. Modelado de las isotermas de adsorción

Los datos experimentales se ajustaron a dos modelos empleados para caracterizar el

fenómeno de sorción de agua en alimentos (Tabla 6) (Chirife & Iglesias, 1978).

Tabla 6. Ecuaciones a utilizar para el modelado de las isotermas de adsorción.

Modelo Ecuación N° Ec.

Brunauer,

Emmett y

Teller

(BET)

𝑤𝑒 =𝑤0 × 𝐶 × 𝑎𝑤

(1 − 𝑎𝑤) × (1 + (𝐶 − 1) × 𝑎𝑤)

𝑎𝑤

(1 − 𝑎𝑤) × 𝑤𝑒=

1

𝑤0 × 𝐶+

𝐶 − 1

𝑤0 × 𝐶× 𝑎𝑤

Donde: 𝑤𝑒=humedad de equilibrio (gagua/gsólidos secos),

𝑤0=humedad en la monocapa (gagua/gsólidos secos), 𝐶 =constante

relacionada con el calor de sorción

(3)

(4)

Van den

Berg &

Bruin

(GAB)

𝑤𝑒 =𝑤0 × 𝐶 × 𝐾 × 𝑎𝑤

(1 − (𝐾 × 𝑎𝑤)) × (1 + (𝐶 − 1) × (𝐾 × 𝑎𝑤))

𝑎𝑤

𝑤𝑒=

1

𝑤0 × 𝐶 × 𝐾+

𝐶 − 2

𝑤0 × 𝐶× 𝑎𝑤 +

𝐾 × (1 − 𝐶)

𝑤0 × 𝐶 ×× 𝑎𝑤

2

Donde: 𝑤𝑒=humedad de equilibrio (gagua/gsólidos secos),

𝑤0=humedad en la monocapa(gagua/gsólidos secos), 𝐶 =constante

relacionada con el calor de sorción en la monocapa, K =

constante relacionada con el calor de sorción en las multicapas

(5)

(6)

La calidad de ajuste de los modelos propuestos se evaluó por medio del coeficiente de

correlación lineal (r2), el que debe ser superior a 0,85 para conseguir un buen modelado de

los datos experimentales y por el porcentaje de error medio relativo (%E), parámetro

estadístico ampliamente utilizado en isotermas de alimentos (Vega, Lara & Lemus, 2006).

(%)𝐸 =100

𝑛 . ∑

|𝑋𝑒𝑖 − 𝑋𝑐𝑖|

𝑋𝑒𝑖

𝑛

𝑖−1

(7)

Donde: Xei es el contenido de humedad experimental (gagua/gm.s.); Xci es el contenido de

humedad calculada a partir de cada modelo (gagua/gm.s.), y n es el número de observaciones.

13

13

3.10 Determinación del tiempo de vida útil teórico

El establecimiento de la isoterma de sorción de un alimento envasado puede ayudar en la

estimación de la vida útil para una condición de almacenamiento dada. El modelo de Heiss

& Eichner (1971) (Ecu. 8), se puede utilizar para estimar el potencial de tiempo de

almacenamiento basado en una aw crítica, para un sistema particular en condiciones de

almacenamiento dado (Ikhu-Omoregbe & Chen, 2005).

𝑡𝑠 =𝑙𝑛[(𝑋𝑒 − 𝑋𝑖)/(𝑋𝑒 − 𝑋𝑐)]

𝐾𝑠(𝐴 𝑊𝑠⁄ )(𝑃𝑜 𝑆⁄ )

(8)

Donde: Ks es la permeabilidad del envase al vapor de humedad (𝑘𝑔𝐻2𝑂/𝑚2. 𝑃𝑎. 𝑑í𝑎); ts es

la vida útil potencial del producto (tiempo en días para que el producto envasado se estropee

debido al deterioro microbiano y bioquímico con pérdida de la calidad sensorial); A es la

superficie del envase (m2); ws es el peso del producto (materia seca, kg); Po es la presión de

vapor a temperatura de almacenamiento; S es la pendiente de la isoterma de los productos

entre la humedad crítica y la humedad de equilibrio (el rango lineal), Xe es el contenido de

humedad en equilibrio (kgagua/kgbase seca); Xc es el contenido de humedad de almacenamiento

seguro (kgagua/kgbase seca); Xi es el contenido de humedad inicial del material cuando fue

envasado (kgagua/kgbase seca).

Los valores para el estudio se detallan en la Tabla 7

Tabla 7. Valores constantes usados para la estimación de la vida útil de papilla de bebe

usando la ecuación de Heiss & Eichner, (1971) citado por Ikhu-Omoregbe & Chen,

(2005).

Temperatura a 20 °C

HRb 80 %

wsc 0,350 Kg

Ad 0,064 m2

Ksd 1,33×10-6 (kgH2O/m2 × Pa × día)

P0e 2336,6 Pa

awf 0,7

a condiciones de estudio; b INAMHI, 2017; c Nestlé, 2017; d Chuzel, 1991; e Alvarado, 2013; f Barreiro & Sandoval, 2006.

14

14

3.11. Diseño experimental

3.11.1. Factores o niveles en estudio para la determinación de las condiciones de

almacenamiento de la papilla.

Tabla 8. Factores de estudio.

Factores Niveles

A. Variedad de papa a0 Yema de huevo

a1 Santa rosa

B. Jugo de Fruta b0 Mora

b1 Taxo

3.11.2. Tratamientos

Tabla 9. Tratamientos de estudio

VARIABLE INDEPENDIENTE VARIABLE DEPENDIENTE

Factores Respuestas experimentales

A B R1 R2 R3

Variedad de papa Jugo de fruta

a0 b0 Granulometría

a0 b1 Parámetros de BET y GAB

a1 b0 Humedad en equilibrio

a1 b1 Contenido de humedad límite

Se llevó a cabo tres réplicas (n=3) con tres repeticiones, por lo que se estudiaron 36 respuestas

experimentales para cada ambiente de humedad relativa (7 sales saturadas).

3.11.3. Muestras

El resultado de la correlación entre muestras para el desarrollo de las formulaciones se

muestra en la Tabla 10:

Tabla 10. Correlación de las muestras para la formulación de papillas.

Muestras Codificación Correlación

1 SRM Papa Santa rosa, pulpa de mora

2 SRT Papa Santa rosa, pulpa de taxo

3 YHM Papa Yema de huevo, pulpa de mora

4 YHT Papa Yema de huevo, pulpa de taxo

15

15

3.12. Análisis estadístico

La información se tabuló y analizó mediante la utilización de Excel y el paquete estadístico

Ifostat estudiantil versión 2015. Los datos se reportaron como la media de las réplicas con su

respectiva desviación estándar. La comparación entre tratamientos se efectuó utilizando el

análisis de varianza Anova, y en caso de existir diferencia significativa entre tratamientos se

empleó el test de mínimas diferencias significativas (Tukey) con un nivel de confianza del

95%. Además por no conocer la desviación poblacional y trabajar con muestras pequeñas

menores que 30 la distribución t de student fue utilizada para comparar parejas de

tratamientos.

16

16

CAPÍTULO IV

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1. Tamaño de la muestra

El tamaño de la muestra (n) fue de 10 frascos de papillas de 250 g de cada formulación, con

un tamaño de población (N) de 89 frascos de papilla por cada formulación en estudio.

4.2. Granulometría

El objetivo del análisis granulométrico fue la evaluación de la distribución de tamaños de las

partículas. Esta característica potencialmente afecta al desarrollo de numerosas operaciones

unitarias (Alvarado & Aguilera, 2001; Stanley – Wood, 1983). Las muestras no

presentaron uniformidad entre sus partículas. Los resultados de la prueba t para el porcentaje

retenido mostró diferencia significativa entre los tratamientos de la misma variedad de papa

(p ≤ 0,05) (Tabla 11). La mayor cantidad de polvo fue retenida en el tamiz 40 lo que significa

que el tamaño de partícula predominante en las papillas es de 337,5 µm para las cuatro

formulaciones, seguido del tamiz 60 que corresponde a un tamaño promedio de 215 µm. Por

ende, según la norma CODEX STAN 73 – 1981, el alimento corresponde a la clasificación

de granulado, es decir que el alimento contiene partículas pequeñas, de tamaño bastante

uniforme, que no requiere ni incita a la masticación antes de la deglución (Tabla 12). El

tamaño de partícula presentó un agregado asimétrico, con superficie desigual por lo que

corresponde a un producto de tipo poroso (Triñares, 2010).

Según la clasificación descrita por Romero (2012), para la descripción de polvos, las papillas

corresponden al tipo de polvo grueso – moderadamente fino porque el porcentaje de muestra

retenida es mayor en los tamices de tamaño de 337,5 y 215 µm. Este tamaño es óptimo porque

un tamaño inferior a 63 µm aumenta significativamente la superficie específica de las

partículas, aumentando por tanto la adhesión entre ellas y formando aglomerados de

partículas que dificultarían otras propiedades tales como la capacidad de flujo o la disolución

de la papilla en la reconstitución.

17

17

Según la clasificación descrita por Tscheuschner (2001), la formulación de papilla

corresponde a un sistema disperso complejo formado especialmente por macromoléculas de

proteína, pequeñas burbujas de aire, macromoléculas de almidón; esta información en la

tecnología de los alimentos reviste especial importancia para entender los procesos de

formación y modificación de estructuras.

Tabla 11. Porcentaje de muestra retenida en los tamices utilizados en el análisis

granulométrico de las papillas.

Tratamiento Tamiz

Plato 20 40 60 80

SRM 0,05a 49,89a 39,84a 4,96a 5,26a

SRT 0,06a 47,93b 36,74b 6,96b 8,31b

YHM 0,08a 50,18a 41,35a 3,96a 4,43a

YHT 0,05a 45,32b 34,56b 9,96b 10,11b Medias de los porcentajes de polvo retenido en cada tamiz. Medias con letra diferentes en la misma columna

son significativamente diferentes (p>0,05).

Tabla 12. Fracción en peso de muestra retenida en los tamices utilizados en el análisis

granulométrico de las papillas.

Tamaño promedio Fracción en peso

(µm) SRM SRT YHM YHT

637,5 0,0005 0,0006 0,0008 0,0005

337,5 0,4989 0,4793 0,5018 0,4532

215,0 0,3984 0,3674 0,4135 0,3456

90,0 0,0496 0,0696 0,0396 0,0996 Medias de la fracción en peso de polvo retenido en cada tamiz

4.3. Contenido de humedad y actividad de agua

En las cuatro formulaciones de papilla deshidratada se determinó la proporción de agua en

forma cuantitativa, es decir la proporción de agua contenida en el producto (%H); y

cualitativa, es decir, el agua disponible en el producto (aw), este valor es un dato esencial en

el campo agroalimentario, porque condiciona la intensidad de las reacciones enzimáticas,

químicas y el desarrollo microbiano (Dauvillier, 2000). En la Tabla 13 se observa los valores

promedio del % de humedad y aw para las formulaciones estudiadas.

18

18

El análisis estadístico muestra que la humedad de las cuatro formulaciones de papilla no son

estadísticamente diferentes (p>0,05), mientras que los valores de aw son estadísticamente

diferentes al mismo nivel de confianza. Los valores de humedad del producto están por

debajo del contenido de “agua de alarma” que Jay (2002) reportó para leche en polvo (8%)

y harina de trigo (13 al 15%), e indica que valores inferiores o iguales a estos porcentajes

garantizan la estabilidad de almacén de los alimentos desecados, por lo que las papillas al

tener valores inferiores al 7% tendrán estabilidad durante el almacenamiento. Este valor de

humedad se encuentra dentro del rango de humedad de productos a base de cereales, con

características similares al producto en estudio (Mossel, Moreno & Struijk, 2003).

El agua es posiblemente el factor individual que más influye en las propiedades físico

químicas y vida útil de los alimentos, se ha demostrado que productos con el mismo

contenido de agua se alteran de forma diferente. Por lo que se deduce que la cantidad de agua

no es por si sola una herramienta útil, de este hecho surge el concepto de actividad de agua

que es la fracción del contenido de humedad total que está libre, y que en consecuencia está

disponible para el crecimiento de microorganismos (Vega, 2005; Viades, 2014), y para que

se produzcan diversas reacciones químicas que afectan su estabilidad (LabFerrer, 2001).

La aw obtenida luego del proceso de deshidratación está en el rango de 0,42 a 0,48 para las

papillas elaboradas con la variedad de papa Santa rosa, y entre 0,50 a 0,52 para las papillas

elaboradas con la variedad de papa Yema de huevo. Esto significa que en el caso de las

papilla en cuya formulación se utilizó papa Santa rosa hay menos agua libre, indistintamente

del tipo de fruta, lo cual lleva a la relación que los tratamientos SRM y SRT serán más

susceptibles a la contaminación microbiológica y a los cambios fisicoquímicos, sin embargo

según Jay (2002), a una aw de 0,65 crecen muy pocos microorganismos y es muy improbable

que los alimentos desecados se alteren durante un tiempo de incluso 2 años.

Tabla 13. Porcentaje de humedad y actividad de agua de las muestras de papilla utilizadas

para el estudio de isotermas.

Tratamientos SRM SRT YHM YHT

Humedad (%)* 5,41±0,004a 5,43±0,005a 6,26±0,004a 5,47±0,015a

aw** 0,4255±0,001a 0,4856±0,001b 0,5284±0,001c 0,5000±0,001d

Medias con letra común en la misma fila no son significativamente diferentes (p>0,05). * Promedio de tres

réplicas con tres repeticiones para cada formulación. ** Promedio de tres réplicas con una repetición.

19

19

4.4. Humedad en equilibrio

Cuando se parte de un producto seco y se somete a atmósferas de humedad relativa elevadas,

se observa una transferencia de masa del gas al sólido hasta llegar a un equilibrio, al repetir

este experimento con diferentes humedades, se tienen de nuevo pares de valores que al

graficarse crean la isoterma de adsorción (Badui, 2013). En la Tabla 14 se registra la fracción

en peso de la humedad en equilibrio de las papillas en estudio en las condiciones de aw

reproducidas.

Los datos de la Tabla 14 se obtuvieron utilizando la ecuación 2, y representan los valores

experimentales para la modelación de las isotermas de adsorción. Según estos valores el

grado de higroscopicidad es similar para los cuatro tratamientos hasta una aw de 0,6. A partir

de este valor se nota diferencia en el grado de higroscopicidad siendo menor en los

tratamientos elaborados con mora, lo que posiblemente se debe a la mayor cantidad de sólidos

solubles que la mora presenta en su composición (Barbosa – Cánovas & Vega, 2002).

Tabla 14. Fracción en peso de la humedad en equilibrio de las muestras de papilla en las

cámaras de estudio

aw

cámara

we*

SRM SRT YHM YHT

0,11 0,0352±0,003 0,0410±0,002 0,0349±0,004 0,0360±0,004

0,23 0,0421±0,001 0,0452±0,002 0,0440±0,001 0,0416±0,003

0,43 0,0619±0,006 0,0678±0,001 0,0737±0,006 0,0686±0,013

0,58 0,1048±0,004 0,1014±0,007 0,0997±0,005 0,0957±0,002

0,69 0,1286±0,004 0,1446±0,006 0,1276±0,005 0,1375±0,003

0,75 0,1519±0,003 0,1794±0,006 0,1605±0,004 0,1615±0,001

0,81 0,1909±0,012 0,2118±0,007 0,1857±0,011 0,2016±0,007 *Promedio de tres réplicas y tres repeticiones.

4.5. Isotermas de adsorción

La isoterma de adsorción representa la cinética con la que un alimento adsorbe humedad y

se hidrata, esta refleja el comportamiento de los deshidratados almacenados en atmósferas

húmedas (higroscopicidad) (Badui, 2013). La adsorción en sólidos se clasifica en adsorción

física (fisisorción) y adsorción química (quimisorción). La línea divisoria entre las dos no

siempre es clara.

20

20

En la adsorción física, las moléculas de gas se mantienen en la superficie del sólido mediante

fuerzas intermoleculares relativamente débiles de Van der Waals. En la quimisorción ocurre

una reacción química en la superficie del sólido, y el gas se mantiene en la superficie

mediante enlaces químicos relativamente fuertes. En la quimisorción, una vez que una

monocapa de gas absorbido cubre la superficie del sólido, no es posible que ocurran

reacciones químicas adicionales entre el gas y el sólido. En la adsorción física, una vez que

se forma la monocapa, las interacciones intermoleculares entre las moléculas absorbidas en

la monocapa y las moléculas en la fase gaseosa provocan la formación de una segunda capa

de gas absorbido. Aunque solo se adsorbe químicamente una capa, a veces ocurre la

adsorción física de las capas superiores en la parte superior de una monocapa quimisorbida

(Levine, 2014).

Las Figuras 2, 3, 4, y 5 constituyen la relación entre la aw y el contenido de humedad en

equilibrio para las formulaciones SRM, SRT, YHM y YHT. Se observa que según la

clasificación de Brunnauer, Deming y Teller las isotermas corresponden al Tipo II, por la

forma sigmoide que caracteriza a los productos solubles y secos. Las isotermas muestran una

forma asintótica conforme la isoterma se acerca a la unidad (Viades, 2014; Heldman &

Singh, 1998)

Figura 2. Isoterma de adsorción experimental de la formulación SRM

21

21

Figura 3. Isoterma de adsorción experimental de la formulación SRT

Figura 4. Isoterma de adsorción experimental de la formulación YHM

22

22

Figura 5. Isoterma de adsorción experimental de la formulación YHT

En la Figura 6 se comparan las isotermas obtenidas experimentalmente para las cuatro

formulaciones en estudio y se determina que tienen la misma forma sigmoidea, con un

comportamiento similar a valores de aw < 0,5; mientras que a valores de aw superiores la

tendencia higroscópica varía.

Tradicionalmente la isoterma se divide, de forma más o menos arbitraria, en tres partes;

dependiendo del efecto que prevalezca en la aw puede deberse a la sorción pura, condensación

capilar o al efecto de soluto. El agua que integra la zona III corresponde a un intervalo de

aw>0,6 que se considera “libre”. En este sentido, tomando en cuenta el valor de actividad de

agua de las papillas deshidratadas (Tabla 13) y las isotermas modelas (Figura 6), esta agua

corresponde al agua absorbida del ambiente, que llena los macrocapilares del polvo y es la

que se liga a sustancias de bajo peso molecular. Precisamente, es esta la única fracción de

agua verdaderamente disponible para las reacciones químicas, enzimáticas, etc., y es la zona

en la cual se identifican diferencias entre formulaciones, así las formulaciones SRM y YHM

son las menos higroscópicas porque la we es inferior que en los tratamientos SRT y YHT,

especialmente en el intervalo de aw de 0,7 a 0,89.

Este comportamiento determinado por la pulpa de fruta posiblemente es debido a que la

papilla en cuya formulación se utilizó taxo tiene un tamaño de partícula ligeramente inferior

(Tabla 11), por lo que se produce un polvo más fino, con más poros y por lo tanto con más

23

23

tendencia a la higroscopicidad (Barbosa – Cánovas & Vega, 2002). Por otro lado la menor

higroscopicidad de las formulaciones SRM y YHM constituye una característica positiva

para el producto; sin embargo, a una aw inferior a 0,6 el comportamiento es semejante para

los cuatro tratamientos, y tomando en cuenta que la aw de estos productos oscila entre 0,4 y

0,6 se determina que las cuatro formulaciones tienen un comportamiento similar. Sin

embargo, a aw de 0,7 existen diferencias en la higroscopicidad, lo cual sirve para

posteriormente determinar el % de humedad límite (Ibarz & Barbosa – Cánovas, 2005).

La zona II, representa el intervalo de 0,2 < aw < 0,6 y es el agua más difícil de quitar. En la

Figura 6 esta zona corresponde a la parte central de la curva. Tomando en cuenta los valores

de aw de las papillas (Tabla 13), esta agua se encuentra aún presente después de la

deshidratación, es la fracción que junto con la monocapa corresponde al agua ligada dispuesta

en diferentes capas más estructuradas y en microcapilares.

El agua que se encuentra bajo forma de capas polimoleculares, que recubren parcialmente la

superficie del sustrato seco de la papilla, se encuentra ligada débilmente. En este punto la

entalpía de vaporización es ligeramente superior a la del agua pura, y el agua está disponible

como disolvente para solutos de bajo peso molecular y para algunas reacciones bioquímicas.

En la Figura 6 se observa que existen pequeñas diferencias en los valores de we, entre las

cuatro formulaciones, debido a que este tipo de agua de constitución puede entenderse como

un estado de transición continuo entre el agua ligada y el agua libre.

Por último el agua de la zona I, que se encuentra en el intervalo de 0 < aw < 0,2, equivale a

la capa monomolecular y es más difícil de eliminar en procesos comerciales de secado; tal es

el caso de las papillas en estudio cuya actividad de agua luego del proceso de deshidratación

oscila en el rango de aw de 0,4 a 0,6. En algunos casos se puede reducir parcialmente en la

deshidratación, pero esto no es recomendable ya que, además de que se requiere mucha

energía y se daña el alimento, su presencia ejerce un efecto protector, sobre todo contra las

reacciones de oxidación de lípidos, porque actúa como barrera de oxígeno.

En la zona I actúan fuerzas de Van der Waals muy intensas y las moléculas de agua presentes

están muy ligadas a los puntos activos, como los grupos polares de las moléculas o como los

puentes de hidrógeno. Las moléculas orgánicas particularmente las macromoléculas polares,

24

24

como por ejemplo las proteínas de la papa, del arroz y maíz, estarán más o menos saturadas

por una capa monomolecular de agua estrechamente ligada, por lo tanto las moléculas están

orientadas, el agua se encuentra entonces en estado rígido, el contenido en humedad

representa teóricamente la adsorción de la primera capa de moléculas de agua (Badui, 2013;

Levine, 2014). En la Figura 6 se observa prácticamente la superposición de los puntos de las

cuatro papillas por lo que las diferencias son prácticamente insignificantes.

La transición de valores de aw entre 0,2 y 0,4 a 0,6 y 0,7 se da como resultado en los cambios

de magnitud que van de los efectos físicos a los químicos, como el establecimiento de

multicapas y el llenado de los poros pequeños en el polvo de papilla en la región de valores

bajos de aw, seguido por el llenado de los grandes poros y la disolución de solutos en la región

de altas aw (Chen & Lai, 2008).

Comportamiento similar se observó en estudios en mezclas de alimentos en polvo (Szulc &

Lenart, 2012) y fórmulas en polvo para bebé (Ostrowska – Ligeza et al., 2014).

Figura 6. Comparación de las isotermas obtenidas experimentalmente de las cuatro formulaciones

de papilla estudiada.

Zona 1 Zona 2 Zona 3

25

25

4.6. Modelado de las isotermas de adsorción

Los datos experimentales se ajustaron a dos modelos empleados ampliamente para

caracterizar el fenómeno de sorción de agua en alimentos (Chirife e Iglesias, 1978) mediante

las ecuaciones reportadas en la Tabla 6. En las Figuras 7, 8, 9 y 10 se muestran las isotermas

de adsorción experimental y ajustada a los modelos de BET y GAB.

El modelo de BET se obtiene a partir de una descripción física del proceso de sorción, por

este motivo los parámetros que se obtienen tienen un sentido físico. Este modelo presenta un

intervalo limitado de aplicabilidad del orden de 0,4 a 0,6, por lo que cuando los fenómenos

de disolución soluto – solvente empiezan a ser importantes el modelo deja de ser aplicable.

Por otro lado, el modelo de GAB se aplica en todo el intervalo de aw (Martínez et al., 2011).

Las isotermas modeladas muestran un comportamiento de tipo II de forma sigmoidea o tipo

S que es indicativo de una adsorción física en multicapas igual a las isotermas obtenidas

experimentalmente. La utilidad de los modelos de ajuste se muestra a través de la predicción

de nuevos valores al conocer las constantes obtenidas (Timmermann et al., 2001).

Figura 7. Modelado de isotermas de adsorción de SRM con ecuaciones BET, GAB y experimental.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

We

(g

H2

O/g

mat

eria

sec

a)

aw

EXP BET GAB

26

26

Figura 8. Modelado de isotermas de adsorción de SRT con ecuaciones BET, GAB y experimental.

Figura 9. Modelado de isotermas de adsorción de YHM con ecuaciones BET, GAB y experimental.

Figura 10. Modelado de isotermas de adsorción de YHT con ecuaciones BET, GAB y experimental.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

We

(g

H2O/g

mat

eria

sec

a)

aw

EXP BET GAB

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

we

(g H

2O/g

mat

eria

sec

a)

aw

EXP BET GAB

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

we

(g H

2O/g

mat

eria

sec

a)

aw

EXP BET GAB

27

27

4.7. Parámetros de BET y GAB

Los valores obtenidos para la humedad de monocapa (w0) con la ecuación de BET (0,042 –

0,045 gagua/gm.s.) son estadísticamente diferentes (p>0,05) a los obtenidos con la ecuación de

GAB (0,041 – 0,048 gagua/gm.s.), siendo la formulación YHM la que presenta el valor más alto

(Tabla 15). Estos valores se obtuvieron con un ajuste de BET en el rango de aw de 0,11 a 0,69

y para GAB en un rango más amplio (0,11 a 0,81), puesto que este modelo se ajusta hasta un

máximo de actividad de agua de 0,9 (Heldman & Sing, 1998). El valor de monocapa

corresponde al punto de la isoterma de máxima estabilidad en el rango de actividad de agua

de 0,2 a 0,3 (Labuza, 1984), y representa el momento en que los puntos de adsorción de

humedad primaria están saturados por moléculas de agua, y constituye el contenido mínimo

de humedad que cubre los sitios hidrófilos en la superficie del alimento. Por debajo de esta

humedad las reacciones de deterioro son mínimas, exceptuando las que involucran grasas

saturadas (Brunauer et al., 1940; Viades, 2014). Valores similares se reportaron en estudios

realizados en alimentos deshidratados (Alvarado, 2011; Gálvez, 2006).

La constante C obtenida mediante BET difiere estadísticamente (p>0,05) entre la variedad

de papa. C presenta valores de 15 a 16,7 para la variedad Santa rosa y de 20,1 a 23,4 para la

variedad Yema de huevo, los valores más altos presenta la formulación SRT. Para GAB el

rango es superior para las formulaciones de variedad Santa rosa (21,9 a 34,2) frente a la

variedad Yema de huevo (14,8 a 21,3) (Tabla 15). Valores similares se obtuvieron en estudios

en harina de maíz (Gálvez, 2006) y berenjenas deshidratadas (Acurio et al., 2013).

Teniendo en cuenta el parámetro C del modelo de BET, se identifica que las isotermas son

de tipo II (C > 2) según la clasificación de Brunauer et al. (1940), lo cual muestra una

adsorción multimolecular de cuerpos sin poros o con microporos, y la formación de una capa

monomolecular saturada, con posterior condensación en los microporos (Levine, 2014;

Tscheuschner, 2001).

La ecuación de GAB explica la adsorción multimolecular. Como consecuencia de la similitud

entre las fuerzas responsables de la adsorción física y las fuerzas de licuefacción (fuerzas de

van der Waals). La adsorción en las superficies tanto planas como convexas, no se limita a

una monocapa sino que continúa hasta que la superficie queda cubierta con una capa

28

28

multimolecular de líquido (Ibarz & Barbosa – Cánovas, 2005; Viades, 2014). El agua de

la capa monomolecular de las partículas de papilla está unida a la superficie seca, su

fugacidad es baja y en consecuencia su presión de vapor es reducida. Si se sigue añadiendo

líquido, se constituirán capas superiores sobre la monomolecular, en este contexto el agua de

las capas más internas se considera como “ligada”, mientras que la de las más externas como

“libre” (Badui, 2013). El valor de K (Tabla 15) obtenido del modelado de GAB es el calor

de sorción de la multicapa y se encuentra en el rango 0,93 a 1,02, y es estadísticamente

diferente en cada formulación (p>0,05), siendo la formulación SRT la que presenta el valor

más alto. Estos valores se encuentran dentro del intervalo que presentan la mayoría de

productos alimenticios (Rahman, 1995) y son similares a estudios realizados en quinua

(Alvarado, 2011).

Tabla 15. Constantes obtenidas por el modelo de B.E.T. y G.A.B. para las cuatro

formulaciones de papilla a base de papa nativa y fruta.

Modelo Parámetros

TRATAMIENTOS

SRM SRT YHM YHT

BET

WO 0,042±0,001ab 0,045±0,002ab 0,042±0,018ab 0,043±0,001ab

C 15,041±0,486a 16,717±0,612a 23,491±0,769ab 20,120±0,180a

R2 0,954 0,953 0,948 0,950

%E 5,195 4,439 3,988 4,664

GAB

WO 0,042 ±0,007a 0,041±0,002a 0,048±0,005b 0,041±0,007a

C 21,945 ±1,369a 34,250±1,330b 14,806±0,563a 21,384±0,658a

K 0,982±0,047b 1,022±0,013c 0,934±0,027a 0,998±0,055bc

R2 0,980 0,970 0,987 0,976

%E 3,395 3,298 2,268 3,385

W0 = Valor de monocapa, C y K = constante para el modelo, %E= error medio relativo. R2= coeficiente de

correlación. Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p> 0.05) en el mismo parámetro.

En la Tabla 15 se muestra el coeficiente de correlación (r2) y el error medio relativo (%E).

Los modelos se ajustan con un r2 de 0,94 para el modelo de BET, y con un r2 de 0,97 para el

modelo de GAB; esto indica que el modelo de GAB tiene una mejor calidad de ajuste a los

29

29

valores experimentales (Boquet, Chirife e Iglesias, 1978). Por otro lado el porcentaje de

error medio relativo (%E) es inferior al 6% para los dos modelos en las cuatro formulaciones

de trabajo; esto indica que los modelos describen las isotermas de sorción de agua

satisfactoriamente (Bizot, 1983). Valores similares se reportaron en estudios realizados en

leche en polvo (Soteras et al., 2013), cereales de desayuno (Prieto et al., 2012), y harina de

yuca (Ayala, 2011).

4.8. Humedad óptima de almacenamiento y contenido crítico de humedad

El contenido crítico de agua es el valor más elevado en el cuál no habrá contaminación

microbiana durante el tiempo de almacenamiento, los productos deshidratados no deben

superar valores de aw de 0,7 (Barreiro & Sandoval 2006; Mossel et al., 2003). Teniendo en

cuenta la estabilidad microbiológica del producto, esto supondría valores críticos de humedad

de almacenamiento de 0,13 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) para las formulaciones SRM y YHM, 0,14

para YHT y de 0,15 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) para SRT para una temperatura de 20°C±1 (Figura

11). Mientras que la humedad óptima de almacenamiento está en el rango de 0,040 a 0,042

(𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) que corresponde a una actividad de agua de 0,2 para las cuatro

formulaciones, y se correlaciona con el valor de humedad de monocapa (Figura 11, Tabla

15). La humedad óptima de almacenamiento representa el punto de mayor estabilidad relativa

con respecto a la oxidación de lípidos, reacciones de Maillard y deterioro enzimático

(Martínez, 2011; Labuza, 1982).

30

30

Figura 11. Determinación del contenido de humedad límite en función de la aw segura.

4.8.1. Tiempo de vida útil

En la Tabla 16 se reportan los valores usados para el cálculo del tiempo de vida útil teórico

usando la Ecuación 8.

Tabla 16. Parámetros obtenidos de las isotermas de sorción experimentales para la

estimación de la vida útil de papilla de bebe usando la ecuación de Heiss & Eichner, (1971)

citado por Ikhu-Omoregbe & Chen, (2005).

Parámetros* SRM SRT YHM YHT

Xe (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) 0,1820 0,2030 0,1800 0,1920

Xi (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) 0,0541 0,0543 0,0626 0,0547

Xc(𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) 0,1320 0,1500 0,1320 0,1410

S 0,2458 0,2842 0,2362 0,2636

*Figura 11

31

31

Hay una serie de factores que afectan la vida útil de los alimentos deshidratados, los mismos

que tienen diferente influencia. Labuza (1982), estudió los efectos del contenido de agua en

la estabilidad de alimentos secos (ecuación 8).

En la Tabla 17 se reporta los valores del tiempo de vida útil y se evidencia que el contenido

de humedad inicial de las papillas afecta el tiempo de vida útil dramáticamente. Así a valores

de humedad de entre 0,54 y 0,63 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎), que corresponden a la humedad

experimental, el tiempo de vida útil es superior a un año para todos los tratamientos a las

condiciones de almacenamiento dadas (Tabla 7). Se observan valores mayores en los

tratamientos SRT y YHT, esta tendencia marcada por la fruta se relaciona con la menor

cantidad de azúcares que el taxo presenta, por lo que capta menos agua del ambiente lo que

hace que el polvo deshidratado sea más estable y menos higroscópico (Chen, 2007).

Finalmente se observa claramente que a mayor contenido de humedad inicial el tiempo de

vida útil se acorta, debido a que se facilita el crecimiento microbiano (Jay, 2002) principal

limitante del tiempo de vida útil. Valores similares se reportaron para harina de maíz (Ikhu-

Omoregbe & Chen, 2005).

Tabla 17. Estimación del tiempo de vida útil de papilla de bebe a diferente contenido de

humedad inicial.

Contenido de humedad

inicial (% b.s.)

Tiempo de vida útil (días)

SRM SRT YHM YHT

Experimental* 406 516 372 459

8 308 421 305 365

10 214 332 212 274

12 93 224 93 160

4.9. Verificación de la hipótesis

Luego de analizar y discutir los resultados, se acepta la hipótesis nula la cual plantea que la

variedad de papa y la pulpa de fruta utilizadas en la formulación de la papilla no influyen en

las condiciones óptimas de almacenamiento del producto, por lo que pueden ser tratadas de

la misma forma de todos los procesos de empaque y almacenamiento.

32

32

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Conclusiones

El tamaño de partícula predominante en las cuatro formulaciones de papilla

deshidratadas para bebé es de 337,5 µm, seguido del tamaño de 215 µm; siendo las

partículas de las papillas a base de taxo ligeramente más finas que las papillas a base

de pulpa de mora indistintamente de la variedad de papa. Por estas características este

producto corresponde a la clasificación de alimento granulado que contiene partículas

pequeñas, de tamaño bastante uniforme que no requiere ni incita a la masticación

antes de la deglución.

Las isotermas de sorción para papillas deshidratadas a base de papa nativa y pulpa de

mora y taxo presentan una forma sigmoidea que caracteriza a los productos solubles

y secos, tomando una forma asintótica conforme se acerca a la unidad. El

comportamiento de las isotermas de las cuatro formulaciones es similar a valores de

aw < 0,5, mientras que a valores de aw superiores la tendencia higroscópica varía,

siendo las formulaciones Santa rosa Mora y Yema de huevo Mora las menos

higroscópicas debido a que la we es inferior que en los tratamientos Santa rosa Taxo

y Yema de huevo Taxo, especialmente en el intervalo de aw de 0,7 a 0,89.

Las isotermas modeladas muestran un comportamiento de tipo II de forma sigmoidea

o tipo S que es indicativo de una adsorción física en multicapas igual a las isotermas

obtenidas experimentalmente. Tanto el modelo de BET como de GAB presentaron

un buen ajuste a los datos experimentales; sin embargo, el modelo de GAB es el más

apropiado para la formulación de papilla debido a que es eficiente en todo el rango

de actividad de agua lo que se evidenció en el valor del coeficiente de correlación

superior a 0,98 con un error medio relativo inferior a 0,4.

Teniendo en cuenta la estabilidad microbiológica de las papillas, los valores críticos

de humedad de almacenamiento son de 0,13 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) para las

33

33

formulaciones Santa rosa Mora y Yema de huevo Mora, 0,14 para Yema de huevo

Taxo y de 0,15 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) para Santa rosa Taxo a una temperatura de

20°C±1. Mientras que la humedad óptima de almacenamiento está en el rango de

0,040 a 0,042 (𝑔𝐻2𝑂/𝑔𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) que corresponde a una actividad de agua de 0,2

para las cuatro formulaciones y mismo que representa el valor de la humedad de

monocapa. El tiempo de vida útil teórica para las cuatro formulaciones es superior a

365 días, con valores siendo relativamente altos para las papillas Santa rosa Taxo y

Yema de huevo Taxo, lo que revela la influencia de la fruta utilizada en la formulación

indistintamente de la variedad de papa.

5.2. Recomendaciones

Realizar un estudio detallado para determinar la temperatura y velocidad óptimas de

funcionamiento del secador de tambor utilizado, para que el equipo sea funcional para

alimentos con diferente humedad y viscosidad.

Realizar un estudio de tiempo de vida útil del producto para relacionar con los valores

obtenidos teóricamente.

Estudiar las propiedades reológicas de las cuatro formulaciones de papilla para

completar los estudios de caracterización del alimento.

34

34

8. BIBLIOGRAFÍA

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ANEXOS

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A. FOTOGRAFÍAS DE LA INVESTIGACIÓN

Figura A1. Esquema del proceso a nivel industrial

Fuente: Nasirpour et al. (2006).

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Figura A2. Esquema del molino de martillo

Fuente: Nasirpour et al. (2006).

Figura A3. Secado de papilla de taxo en el secador de tambor semi-industrial

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Figura A4. Equipo AQUALAB usado para la determinación de aw.

Figura A5. Cámara hermética para cada ambiente de almacenamiento.

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46

Figura A6. Papilla deshidratada en polvo en la cámara con aw determinada.

Figura A7. Cámara herméticamente cerrada en tiempo 0.

Figura A8. Pesaje de las muestras en una balanza analítica.